随着AOD、VOD和SS-VOD等精炼技术在不锈钢冶炼过程中的成功应用,现代铁素体不锈钢钢种体系日趋完善,满足了汽车制造、轨道客车及不锈钢制品等行业的需求。铁素体不锈钢在年产量上仅次于奥氏体不锈钢,逐渐取代奥氏体不锈钢在某些领域中的应用,其中就包括汽车排气系统,采用400系铁素体不锈钢取代了易发生腐蚀开裂的奥氏体不锈钢。但铁素体不锈钢焊接性差,焊缝组织晶粒粗大、韧性严重不足,无法基于焊接工艺的优化得到有效解决。因此亟需开发一种不受材料成分、含量和焊接工艺限制的新方法来改善铁素体不锈钢焊接接头的组织和力学性能。因此,本研究借助于超声波对熔池凝固的辅助效果,开展了441铁素体不锈钢超声诱导焊接接头组织和性能的研究,以解决铁素体不锈钢焊后成型过程中的韧性不足问题。本文通过自主搭建的超声辅助焊接试验平台,以点-面接触的方式向焊接母材施加小功率超声振动,借助较小的超声功率在母材中形成驻波场,实现母材局部区域的强烈振动,而非依靠大型功率超声波发生装置迫使母材整体发生强烈振动。根据试验中定点焊接和连续焊接的需要,设计了焊枪-电弧联合控制系统,精确控制焊接过程,并搭载振动波动的测量装置,监测熔池位置处的振动状态。通过建立COMSOL求解计算模型,对母材中超声波的传播方式和超声能场分布进行模拟计算。研究表明,超声振动以点状声源为中心,以反对称兰姆波的形式在母材中传播,其波阵面为球面,在母材中形成稳定的驻波场。母材振动在时域中表现出了节线和波腹等驻波场特征,形成振动衰减区和增强区,揭示了超声波输入参数对超声能场分布的一般影响规律。超声波输入振幅不会影响超声能场的分布状态,但会改变母材内质点振动的强度,振幅越大振动强度越大;激励点位置影响超声能场的分布状态,改变衰减区和增强区的位置,有利于根据焊缝轨迹选择合适的激励点位置。通过对超声振动分布状态和波动力进行测量,发现测量结果与模拟计算结果具有一致性,验证了模拟结果的可靠性和准确性。定点重熔焊接条件下,在超声波作用下观察焊缝组织结构的变化。试验结果表明,超声作用下粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶组织,晶粒尺寸得到了显著改善。柱状晶转变过程中,在靠近熔合区的焊缝区域发生断崖式细化。同时发现熔池位置处于增强区（波腹）时,焊缝组织的细化趋势比衰减区（节线）大,超声波输入振幅和作用时间的增加促使焊缝组织的晶粒尺寸减小,处于波腹位置的焊缝在超声波输入振幅为10.0μm、作用时间为3s时,晶粒细化效果最佳。揭示了超声诱导下晶粒细化主要原因,是超声空化效应在熔池凝固过程中提高了过冷度,减小了以第二相粒子为基底的异质形核功,在二者共同作用下提高了凝固结晶过程中的形核率,达到晶粒细化的效果。在连续重熔焊接条件下,焊缝组织实现了柱状晶向等轴晶的转变。在组织决定性能的基础上,焊缝区域的显微硬度有了较大的提高。拉伸试验结果表明,超声诱导焊接接头中焊缝区域的抗拉强度得到提高,在塑性变形过程中表现出优于母材的力学性能。通过强化焊缝区域的薄弱部分,改善了441铁素体不锈钢的焊接性,提高了441铁素体不锈钢焊件的韧性储备。